核/壳结构的ZnS：Mn纳米粒子的制备及发光性质的研究
在纳米材料科学中，人们对于纳米半导体材料的研究给予了极大的重视。Ⅱ-Ⅳ族化合物半导体纳米材料是现今研究的一个热点，特别是材料的光电物理性质。Mn离子掺杂ZnS(ZnS：Mn)半导体纳米微晶发光材料有广泛的潜在应用前景，引起学术界的极大关注，人们对其发光机理、制备方法、实际应用进行了深入研究。但是它距离应用还有一定距离，制约其走向应用的关键在于表面态的猝灭作用导致其发光效率低下，因此，表面修饰对纳米发光材料走向应用起着重要作用。在众多的表面修饰方法中，核/壳结构是一种十分有效的方法。本课题研究了无机壳层修饰对纳米ZnS：Mn发光性质的影响，目的是减少或消除ZnS：Mn纳米微晶的表面态，提高其发光效率。本论文的主要工作总结如下：
1.利用溶剂热法合成了Mn离子掺杂的ZnS球形纳米颗粒及纳米棒，发现在乙二胺与水以等体积比混合作为溶剂时，通过改变锌与硫的物质的量的比可以控制纳米粒子的形貌，当Zn：S=2:1时，得到闪锌矿型的球形纳米颗粒；当Zn：S=1:1时，得到纤维锌矿型的纳米棒；
2.成功制备了不同壳层厚度的ZnS：Mn/ZnS，ZnS：Mn/CdS，ZnS：Mn/ZnO，ZnS：Mn/SiO2核/壳结构纳米颗粒和ZnS：Mn/ZnS核/壳结构纳米棒，采用了TEM、XRD、XPS、PL、PLE等测试对样品的晶形、形貌、发光等性质进行了表征。TEM和XPS测试证明了样品的核/壳结构，PL和PLE测试发现：适当厚度的壳层可以有效的提高ZnS：Mn纳米粒子的发光强度，同时有些壳层材料也对ZnS核产生应力，导致激发光谱发生蓝移。具体结论如下：
(1)随着ZnS壳层的增厚，ZnS：Mn/ZnS纳米颗粒的Mn离子发光强度出现了先增强后减弱的现象，当壳层厚度达到0.05时(壳与核中Zn2+的物质的量的比，下同)，发光效果达到最好，其强度为原来的1.2倍。样品的激发峰位随着壳层的增厚发生了逐渐的红移；
(2)在ZnS：Mn纳米颗粒表面包覆CdS壳层后，Mn离子发光出现了降低的现象，并且随着壳层的增厚，发光强度逐渐降低。ZnS的激发峰位随着壳层的增厚发生了逐渐的蓝移，并且在激发光谱中同时出现了合金态的ZnCdS的吸收；
(3)随着ZnO壳层的增厚，ZnS：Mn/ZnO纳米颗粒的Mn离子发光强度出现了先增强后减弱的现象，当壳层厚度达到0.1时，发光效果达到最好，其强度几乎达到原来的2倍。包覆ZnO后，样品的激发峰位发生了明显的蓝移；
(4)随着SiO2壳层的增厚，ZnS：Mn/SiO2的Mn离子发光强度出现了先增强后减弱的现象，当壳层厚度达到5时，发光效果达到最好，其强度达到原来的3.5倍，并且SiO2对ZnS：Mn纳米颗粒的表面修饰效果要明显优于ZnS，CdS，ZnO对ZnS：Mn纳米颗粒的表面修饰效果。包覆不同厚度的SiO2壳层，样品的激发峰位发生了相同程度的蓝移；
(5)随着ZnS壳层的增厚，ZnS：Mn/ZnS纳米棒的Mn离子发光强度出现了先增强后减弱的现象，当壳层厚度达到0.1时，发光效果达到最好，其强度达到原来的1.2倍。包覆ZnS壳层后，样品的激发峰位基本不发生移动。
纳米材料;发光性质;硫化锌;猝灭;表面修饰;核壳结构;壳层修饰
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
曹立新
2008
中文
TG149;TB303
68
2008-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）